来源：MAX-PLANCK-GESELLSCHAFT

对于气候、原材料资源和化学工业来说，这将是一个三赢。柏林马克斯普朗克学会Fritz-Haber研究所的科学家们希望通过他们的工作，为从石油生产过程中通常燃烧的甲烷中提取塑料等有用的化学产品奠定基础。他们正在研究如何设计一种比目前更有效地将甲烷转化为乙烯的催化剂。他们现在找到了一条突破性的线索。

每年大约有1400亿立方米的甲烷在全球石油生产过程中逸出，被燃烧掉。这远远超过了德国2019年预计消耗的900亿立方米天然气。这不仅加剧了气候变化，而且浪费了不可再生的化石燃料。然而，对于在个别石油生产地点偶然提取的相对少量的甲烷，修建管道或液化工厂将无利可图。然而，如果甲烷能够经济地转化为化学工业感兴趣的物质，那么运输甲烷是值得的。乙烯就是其中之一，它是聚乙烯和许多其他产品的原料。这些产品几乎完全由原油生产。不幸的是，将甲烷直接转化为乙烯的化学反应是在高温下进行的。马克斯普朗克学会弗里茨哈伯研究所的研究小组负责人安妮特·特伦施克（Annette Trunschke）说：“这不仅耗费大量能源，而且会导致很大比例的甲烷燃烧，形成不受欢迎的副产品二氧化碳。”。“所以现在还不太合理”。

钠是必不可少的成分

化学家和她的团队想要改变这一点。这就是为什么他们把目光投向了这个过程的决定性组成部分：由钠、锰、钨和硅制成的催化剂。这有助于甲烷化学转化为乙烯，尽管目前仅在700°C下进行。为了开发在较低温度下工作的催化剂（即能量输入较少）并仅促进所需产物的形成，化学家首先需要知道催化剂中对该反应的重要性。根据Trunschke小组的研究，这种基本成分是钠。

Trunschke说：“到目前为止，关于催化剂中的哪种元素对于将甲烷转化为乙烯有着至关重要的理论。“令人惊讶的是，钠是所有物质中的重要成分，因为它实际上应该在反应的高温下蒸发”。然而，这项研究揭示了一些其他的东西。在高温下，碱金属被转化为具有催化活性的氧化钠。由于与催化剂的其他组分有密切的相互作用，氧化物只会在短时间内以很小的量释放出来，因此不会蒸发。Trunschke说：“这清楚地表明，催化剂的其他成分只需要释放和稳定催化剂的活性形式。”。

与工作催化剂的带电连接

研究人员得出这个结论是因为他们是首次观察催化剂作用的人。他们在一个特别开发的装置中使用拉曼光谱，分析了当反应的起始物质流过催化剂时，催化剂上产生了哪些物质。“到目前为止，对催化剂的研究只限于催化前后。到目前为止，在高温下使用拉曼光谱进行的分析只在非工作催化剂上进行”，马克西米利安·沃尼（Maximilian Werny）说，他在硕士论文中做了这些实验。“利用拉曼光谱，我们首次观察到了产物是如何产生的”。

获得甲烷转化为乙烯的实时图像的可能性，以及对钠、锰、钨和硅组成的催化剂的了解，都有助于化学家开发出在较低温度下工作的化学介质，从而以更具针对性的方式只生产所需的有用产品而不产生二氧化碳。一种方法是用其他碱金属代替钠，并测试相应的催化剂是否在较低温度下产生乙烯。Trunschke说：“你可能需要其他部件来固定金属。”。然后，她和她的团队将能够遵循替代催化剂候选人的行动模式。化学家们应该能够开发出一种催化剂，它将有助于防止石油生产中甲烷的浪费，并至少对气候保护做出一点贡献。

原文网址：https://www.mpg.de/15938394/methane-crude-oil-production-catalyst?c=2249

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